4.2. Ảnh hưởng của DG đến bài tốn tái cấu hình LĐPP
4.2.1. Mơ hình tốn
Trong thị trường điện, các nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo cĩ cơng suất lớn được nối vào lưới điện truyền tải. Các nguồn này cĩ các hợp đồng bán điện cho các khách hàng (chủ yếu là các trạm biến áp trung gian cấp cho LĐPP) cĩ thể khơng đảm bảo được cơng suất phát theo yêu cầu do khơng chủ động được cơng suất phát.
Khi đĩ, để giảm thiệt hại theo hợp đồng bán điện, các nguồn phát này mua điện lại của các cơng ty bán điện khác với giá cao hơn giá hợp đồng nhưng thấp hơn giá phạt. Lợi dụng tình thế này, các DG cĩ khả năng chủ động được về nguồn năng lượng sơ cấp sẽ tham gia vào thị trường. Vì vậy, cơng suất và vị trí của các DG này cần được lắp đặt sao cho cực tiểu hàm chi phí gồm đầu tư và vận hành. Thơng thường, các DG sử dụng năng lượng hĩa thạch, pin nhiên liệu, … cĩ chi phí đầu tư gần như khơng đổi nên việc cực tiểu hàm chi phí chủ yếu là chi phí thuê đường truyền hay chi phí tổn thất cơng suất. Hay đối với các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ như hệ pin mặt trời áp
mái (cĩ chi phí thuê vị trí lắp đặt thấp) chủ yếu kết nối vào LĐPP, muốn tham gia vào
thị trường điện sẽ liên kết với nhau tạo ra nhà máy điện ảo nhằm tăng khả năng đáp ứng cơng suất theo yêu cầu của hợp đồng bán điện. Vì vậy, vị trí và dung lượng cũng được xác định để giảm chi phí vận chuyển điện năng (chi phí thuê LĐPP) hay nĩi cách khác hàm mục tiêu là xác định vị trí và dung lượng để giảm tổn thất cơng suất. Đối với các cơng ty quản lý LĐPP luơn mong muốn cĩ các DG được kết nối vào LĐPP để đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng liên tục và tăng khả năng tải của đường dây. Vì vậy, họ khơng muốn các DG cĩ cơng suất quá lớn nối vào LĐPP vì làm gia tăng tổn thất và giảm khả năng tải của đường dây. Trong trường hợp này,
vùng đấu nối đấu nối phụ thuộc vào thỏa thuận giữa các DG và các cơng ty quản lý
LĐPP. Do đĩ, hàm mục tiêu trong trường hợp này sẽ là xác định dung lượng và vị trí
DG để tổn thất cơng suất bé nhất hoặc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, với điều
kiện ràng buộc cơng suất DG và vị trí lắp đặt nằm trong phạm vi cho phép.
Vì vậy, việc xác định vị trí và cơng suất tối ưu của các loại DG trên LĐPP để giảm tổn thất cơng suất, phát huy tối đa hiệu quả của các loại DG cĩ ý nghĩa quan trọng. Ngồi ra, khi DG được lắp đặt trên LĐPP, biên độ điện áp các nút sẽ tăng lên và an ninh điện áp sẽ được cải thiện. Trong đĩ, mức độ ổn định điện áp của LĐPP được mơ tả bằng chỉ số VSI [42], [126]. Xét LĐPP đơn giản như Hình 4.1, chỉ số ổn định điện áp VSI được xác định như sau:
PL2+ jQL2 R+jX 1 2 I1 PL3+ jQL3 3 I2 PL1+ jQL1
Hình 4. 1. Sơ đồ tương đương của LĐPP.
Dịng điện trên nhánh 1-2:
ܫଵ ൌܸଵסߜଵെ ܸଶסߜଶ
ܴ ݆ܺ (4.1)
ܫଵ ൌܲଶെ ݆ܳଶ
ܸଶסെߜଶ (4.2)
Trong đĩ, ܲଶ ݆ܳଶ là dịng cơng suất đi vào nút 2, được xác định bằng tổng cơng suất phụ tải của các nút sau nút 2 và cĩ kết nối đến nút 2, cơng suất phụ tải tại nút 2 và tổn thất cơng suất trên các nhánh sau nút 2 và cĩ kết nối đến nút 2.
Từ biểu thức (4.1) và (4.2), ta cĩ: ܸଵסߜଵെ ܸଶסߜଶ ܴ ݆ܺ ൌ ܲଶ െ ݆ܳଶ ܸଶסെߜଶ (4.3) ሺܸଵסߜଵെ ܸଶסߜଶሻܸଶסെߜଶ ൌ ሺܲଶെ ݆ܳଶሻሺܴ ݆ܺሻ (4.4) ܸଵܸଶ ሺߜଵെ ߜଶሻ ݆ܸଵܸଶሺߜଵെ ߜଶሻ ൌ ܸଶଶ ܲଶܴ ܳଶܺ ݆ሺܲଶܺ െ ܳଶܴሻ (4.5)
Tách phần thực, phần ảo và bình phương hai vế rồi cộng hai phương trình ta được: ܸଵଶܸଶଶ ൌ ൫ܸଶଶ ܲଶܴ ܳଶܺ൯ଶ ሺܲଶܺ െ ܳଶܴሻଶ (4.6) Rút gọn phương trình, ta được: ܸଶସെ ܸଶଶ൫ܸଵଶെ ʹܲଶܴ െ ʹܳଶܺ൯ ሺܲଶଶ ܳଶଶሻሺܴଶ ܺଶሻ ൌ Ͳ (4.7) Đặt ܾ ൌ ܸଵଶെ ʹܲଶܴ െ ʹܳଶܺ (4.8) ܿ ൌ ሺܲଶଶ ܳଶଶሻሺܴଶ ܺଶሻ (4.9)
ܸଶସെ ܾܸଶଶ ܿ ൌ Ͳ (4.10)
Rõ ràng phương trình trên cĩ nghiệm (tồn tại phân bố cơng suất hợp lệ) khi:
ܾଶെ Ͷܿ Ͳ (4.11) ൣܸଵଶെ ሺʹܲଶܴ ʹܳଶܺሻ൧ଶെ Ͷሺܲଶଶ ܳଶଶሻሺܴଶ ܺଶሻ Ͳ (4.12) ܸଵସെ Ͷሺܲଶܴ ܳଶܺሻܸଵଶ Ͷሺܲଶܴ ܳଶܺሻଶെ Ͷሺܲଶଶ ܳଶଶሻሺܴଶ ܺଶሻ Ͳ (4.13) Rút gọn biểu thức, ta được: ܸଵସെ Ͷሺܲଶܴ ܳଶܺሻܸଵଶെ Ͷሺܲଶܺ െ ܳଶܴሻଶ Ͳ (4.14) Đặt ܸܵܫଶ ൌ ܸଵସെ Ͷሺܲଶܴ ܳଶܺሻܸଵଶ െ Ͷሺܲଶܺ െ ܳଶܴሻଶ (4.15)
Trong đĩ ܸܵܫଶ được gọi là chỉ số ổn định điện áp của nút thứ hai. Để vận hành
LĐPP ổn định ta cĩ:
ܸܵܫ Ͳǡ ݒዔ݆݅ ൌ ʹǡ ͵ǡ ǥ ǡ ܾܰݑݏ (4.16) Rõ ràng nút cĩ chỉ số VSI bé nhất trong LĐPP hình tia cĩ khả năng sụp đổ điện áp cao nhất so với các nút cịn lại trong hệ thống.
Như vậy, hàm mục tiêu đề xuất khi thực hiện tái cấu hình cĩ xét đến tối ưu vị trí và cơng suất DG bao gồm cực tiểu tổn thất cơng suất và độ lệch VSI được mơ tả như sau:
݉݅݊݅݉݅ݖ݁ܨ ൌ οܲ௦௦ோ οܸܵܫ (4.17)
Trong đĩ, οܲ௦௦ோ được xác định bằng tỉ số giữa tổn thất cơng suất sau và trước khi thực hiện tái cấu hình:
οܲ௦௦ோ ൌܲ௦௦
Ǥ
ܲ௦௦ (4.18)
οܸܵܫ ൌ ݉ܽݔ ൬ͳ െ ܸܵܫ
ͳ ൰݆ ൌ ʹǡ Ǥ Ǥ ܰ௨௦ (4.19)
Khi thực hiện tối ưu vị trí và cơng suất DG trên LĐPP điều kiện ràng buộc về giới hạn cơng suất của các DG cần được thỏa mãn:
Ͳ ܲீ ܲீ௫ǡ; i = 1, 2,.. NDG (4.20) Ngồi ra, các ràng buộc của bài tốn tái cấu hình như ràng buộc về điện áp, dịng
điện và cấu hình hình tia cần được thỏa mãn.